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1  引言
    管材塑性加工是以管材作毛坯，通過塑性加工手段，制造管材零件的加工技術(shù)。管材塑性加工由于容易滿足塑性成形產(chǎn)品輕量化、強韌化和低耗高效、精確制造等方面的要求，已成為先進塑性加工技術(shù)面向21世紀研究與發(fā)展的一個重要方向。

2  數(shù)控彎管
2.1 彎管工藝
    實踐中有許多不同的彎管工藝，從不同的角度出發(fā)可以有多種不同的分類。工程中通常按彎曲時加熱與否可分為冷彎和熱彎，根據(jù)彎曲時有無填充物可分為有芯彎管和無芯彎管。 無模彎曲成形是指管材彎曲變形區(qū)不直接受到模具的作用，最終的形狀由工具和工件的相對運動決定，屬于高度靈活的柔性加工手段。有模彎曲成形是指通過剛性模具直接作用于彎曲變形區(qū)而進行的管材彎曲，要求此剛性模具作用部分尺寸可以補償制件卸載后發(fā)生的彎曲回彈，屬于可重復性高而且快速的加工手段。管材彎曲的幾種新工藝包括熱應力彎曲；基于工具運動控制的無模彎曲；疊加法彎曲；數(shù)控機床繞彎等等。
2.2 數(shù)控彎管
    數(shù)控彎管將管材夾緊在彎曲模上，隨彎曲模一起轉(zhuǎn)動，當管材被拉過壓塊時，壓塊即將管材繞彎在彎曲管上，屬于成形模彎曲工藝。傳統(tǒng)繞彎工藝多是手工繞彎，效率低，質(zhì)量難以保證。隨著數(shù)控機床業(yè)的發(fā)展，采用先進的數(shù)控彎管機床實現(xiàn)繞彎工藝，可以大大地提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。由于可以方便地調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，因此數(shù)控彎管機可以既準確又穩(wěn)定地完成彎曲、送進、轉(zhuǎn)角等動作，保證了管制件的彎曲準確度。數(shù)控彎管機可以自動連續(xù)地成形不同曲率半徑的空間彎曲件。結(jié)合相應的數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)，控制程序還可以預先修正彎曲回彈量。但是該工藝的模具結(jié)構(gòu)(見圖7)比較復雜，制件質(zhì)量對工藝參數(shù)敏感，要求有充分的前期準備和試制工作。尤其是對于彎制薄壁管制件的情況，如果工藝參數(shù)選擇不當，則很容易出現(xiàn)起皺現(xiàn)象導致零件甚至是模具的報廢。如何高效準確地獲取這些工藝參數(shù)，充分保證彎管產(chǎn)品質(zhì)量，是數(shù)控繞彎工藝的研究熱點。

3  數(shù)控彎管系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)組成
    基于臺達機電一體化平臺的數(shù)控彎管設(shè)備共有六個運動軸系，工藝要求其中兩軸需要直線插補，兩軸需要圓弧插補，其它兩軸沒有特別的要求。plc控制器選擇的是32eh00t2和20pm00d，顯示部分選擇的是10.4寸觸摸屏dop-ae10thtd1，如附表所示。

附表  數(shù)控彎管系統(tǒng)配置

3.2 20pm運動控制器
    彎管控制系統(tǒng)核心由臺達運動控制器dvp-20pmmood構(gòu)成。臺達dvp-20pm00d是一款具有運動控制專用功能的可編程控制器。dvp-20pm00d的最大特點是plc主機直接提供電子凸輪功能，或者說dvp-20pm00d是內(nèi)置電子凸輪功能的plc，所以有些場所直接稱呼dvp-20pm00d為臺達20pm運動控制器。20pm具有2路500khz的輸入與輸出，在電子凸輪功能中定義x軸為從軸，編碼器輸入軸為主軸，當定義好cam table后，從軸依據(jù)定義的曲線跟隨主軸運動。采用高速雙cpu結(jié)構(gòu)形式，利用獨立cpu處理運動控制算法，可以很好地實現(xiàn)各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等，數(shù)控彎管機正是利用了20pm運動控制器的電子凸輪功能解決復雜運動軌跡控制問題。

4  20pm數(shù)控彎管編程設(shè)計
4.1 彎模模式
    根據(jù)彎管加工要求，開發(fā)了兩個彎管工藝模式，參見圖1所示。

 圖1  彎管模式

4.2 工藝流程
    設(shè)備分手動和自動模式，手動模式下主要是包括設(shè)備回原點、懸臂定長前進/后退、懸臂定長上升/下降以及彎短管時的手動彎模。
    設(shè)備的自動流程分a模式和b模式，分別對應下面的a流程和b流程，流程之間的切換通過人機來完成。見圖2、圖3，在具體實施中，plc為主控制器，用來控制流程的選擇和跳轉(zhuǎn)等，同時通過plc給pm命令，以完成pm所擔負的工作。

圖2  彎模a模式流程圖

圖3  彎模b模式流程圖

4.3 漸開線坐標計算
    由于20pm自身不支持漸開線方式的插補功能，所以在具體實施中，將漸開線按照彎曲的角度分成多點，通過人機計算出每點的坐標，最后pm通過做直線插補來實現(xiàn)用戶要求的功能。當時給出的具體漸開線方程：
    x=(r+h)×sinα+(l-α×r)×cosα
    y=r-(r+h)×cosα+(l-α×r)×sinα
    其中l(wèi)，r，h都為常量，可以通過人機設(shè)定。
    在計算時，為了預防編寫的宏指令對人機的執(zhí)行速度造成影響，通過畫面cycle宏來實現(xiàn)坐標的計算，這樣就不會影響到人機其它頁面的操作速度。下面是編寫的宏指令：
    bmov($88, (2@d664), 2)
    bmov($90, (2@d144), 2)
    ## x=(r+h)*sinθ+(l-r*θ)cosθ
    ## y=r-(r+h)*cosθ+(l-r*θ)sinθ
    #初始化運算
    if $58 <= $m56 (signed dw)
    $112 = sin($58) (signed dw)   
    $116 = cos($58) (signed dw) 
    $66 = fcnv($58) (signed dw)
    $60 = fcnv($m50) (signed dw)
    $62 = fcnv($m52) (signed dw)
    $64 = fcnv($m54) (signed dw)
    $120 = fdiv($66, 180.0) (signed dw)
    $124 = fmul($120, 3.14) (signed dw)
    $128 = fmul($124, $62) (signed dw)
    ##r+h
    $108 = fadd($62, $64) (signed dw)
    ##l-r*θ
    $132 = fsub($60, $128) (signed dw)
    ##(r+h)*sinθ
    $136 = fmul($108, $112) (signed dw)
    ##(l-r*θ)cosθ
    $140 = fmul($132, $116) (signed dw)
    ##(r+h)*cosθ
    $144 = fmul($108, $116) (signed dw)
    ##(l-r*θ)sinθ
    $148 = fmul($132, $112) (signed dw)
    ##開始計算
    ## x
    $152 = fadd($136, $140) (signed dw)
    ## y
    $156 = fsub($62, $144) (signed dw)
    $160 = fadd($156, $148) (signed dw)
    ##角度自加一
    $58 = $58 + 1 (signed dw)
    ##轉(zhuǎn)成整數(shù)并存儲
    $164 = icnv($152) (signed dw)
    $168 = icnv($160) (signed dw)
    $170 = $88 - $164 (signed dw)
    $172 = $90 - $168 (signed dw)
    *$200 = $170 (signed dw)
    *$900 = $172 (signed dw)
    $200 = $200 + 2 (dw)
    $900 = $900 + 2 (dw)
    elseif $58 < 120 (signed dw)
    $58 = $58 + 1 (signed dw)
    *$200 = 400 (signed dw)
    *$900 = 400 (signed dw)
    $200 = $200 + 2 (dw)
    $900 = $900 + 2 (dw)
    else
    ##賦值給pm，并重新初始化
    bmov((2@d3000), $500, 240)
    bmov((2@d3600), $1000, 240)
    $58 = 0 (dw)
    $200 = 500 (dw)
    $900 = 1000 (dw)
    setb $50.0
    endif
    end

5  結(jié)束語
    臺達pm20運動控制器在執(zhí)行圓弧插補以及執(zhí)行連續(xù)性的動作流程方面更接近于專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)，有著plc所不能比擬的優(yōu)勢，盡管在執(zhí)行程序流程的靈活性方面，和plc還是有一定的距離。
    用管材制造的彎曲零件，無論是平面彎曲件，還是空間彎曲件，除大量應用于氣體、液體的輸送管路外，在金屬結(jié)構(gòu)中的應用也十分廣泛。因此管材彎曲成形工藝是備受關(guān)注并得到迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域，開展這方面的研究工作，具有十分重要的意義。